Per la prima volta, i ricercatori sono stati in grado di osservare per ore il comportamento delle pupille di persone addormentate. Un'occhiata sotto le palpebre ha mostrato loro che durante il sonno nel cervello accadono più cose di quanto si pensasse in precedenza.
Quando dormiamo, gli occhi sono solitamente chiusi. Ma non è solo il bulbo oculare a ruotare avanti e indietro sotto le palpebre chiuse: i ricercatori guidati dalle responsabili dello studio Caroline Lustenberger, Sarah Meissner e Nicole Wenderoth del Neural Control of Movement Lab dell'ETH di Zurigo hanno osservato che la dimensione della pupilla oscilla costantemente durante il sonno. A volte è più grande, a volte più piccola, a volte cambia dimensione in pochi secondi, a volte in pochi minuti.
"Questa dinamica riflette lo stato di eccitazione, o meglio il livello di attivazione, delle regioni cerebrali responsabili della regolazione del ritmo sonno-veglia", afferma Lustenberger. "Queste osservazioni contraddicono la precedente ipotesi secondo cui il livello di eccitazione è fondamentalmente basso durante il sonno".
Piuttosto, le fluttuazioni pupillari mostrano che il cervello, anche durante il sonno, è in un costante stato di oscillazione tra livelli di attivazione più alti e più bassi. Le nuove scoperte confermano anche negli esseri umani ciò che altri gruppi di ricerca hanno recentemente scoperto in studi sui roditori: anche loro sperimentano lente fluttuazioni nei livelli di attivazione (noti in termini tecnici come eccitazione). Lo studio dei ricercatori dell'ETH è stato appena pubblicato sulla rivista Nature Communications.
Poiché le regioni cerebrali profonde del tronco encefalico controllano il livello di attivazione, è stato difficile misurare direttamente questi processi negli esseri umani durante il sonno. I metodi esistenti sono tecnicamente complessi e non sono ancora stati validati in questo contesto. Lo studio dei ricercatori dell'ETH si basa quindi sulla misurazione del diametro pupillare. È noto che le pupille indicano il livello di attivazione nello stato di veglia e fungono quindi da marcatori dell'attività delle regioni cerebrali più profonde.
Per studiare i cambiamenti delle pupille nelle persone che dormono, i ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un nuovo metodo: grazie a una speciale tecnica adesiva e a un cerotto trasparente, sono riusciti a tenere gli occhi dei soggetti del test aperti per diverse ore.
"La nostra preoccupazione principale era che i soggetti non riuscissero a dormire con un occhio aperto. Ma in una stanza buia, la maggior parte delle persone dimentica di avere gli occhi ancora aperti e di poter dormire", spiega l'autore principale dello studio, Manuel Carro Domínguez, che ha sviluppato questa tecnica di misurazione.
L'analisi dei dati ha dimostrato che le dinamiche pupillari non sono correlate solo alle diverse fasi del sonno, ma anche a specifici schemi di attività cerebrale come i fusi del sonno e le onde del sonno profondo pronunciate – onde cerebrali importanti per il consolidamento della memoria e la stabilità del sonno. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il cervello reagisce in modo diverso ai suoni a seconda del livello di attivazione, che si riflette nelle dimensioni della pupilla.
Un regolatore chiave dei livelli di attivazione è una piccola regione del tronco encefalico chiamata locus coeruleus . Gli scienziati hanno dimostrato negli animali che questa regione è importante per la regolazione delle fasi del sonno e del risveglio. Tuttavia, i ricercatori dell'ETH non sono stati in grado di dimostrare in questo studio se il locus coeruleus sia direttamente responsabile delle variazioni pupillari. "Ci limitiamo a osservare le variazioni pupillari che sono correlate ai livelli di attivazione cerebrale e all'attività cardiaca", spiega Lustenberger.
In uno studio successivo, i ricercatori intendono influenzare farmacologicamente l'attività del locus coeruleus e studiare come ciò influisca sulla dinamica pupillare. Il loro obiettivo è determinare se questa regione cerebrale sia effettivamente responsabile del controllo delle pupille durante il sonno e come le variazioni del suo livello di attivazione influenzino il sonno e le sue funzioni.
Comprendere le dinamiche pupillari durante il sonno potrebbe anche fornire indizi importanti per la diagnosi e il trattamento dei disturbi del sonno e di altre patologie. Pertanto, i ricercatori vogliono indagare se i cambiamenti nella motilità pupillare durante il sonno possano fornire indizi su disturbi del sistema di attivazione. Questi includono disturbi come l'insonnia, il disturbo da stress post-traumatico e, potenzialmente, il morbo di Alzheimer. "Queste sono solo ipotesi che vogliamo approfondire in futuro", afferma il ricercatore del sonno.
Un altro obiettivo è rendere la tecnologia utilizzabile anche al di fuori dei laboratori del sonno, ad esempio negli ospedali. Lì, potrebbe aiutare a monitorare il risveglio dei pazienti in coma o a diagnosticare i disturbi del sonno in modo più accurato. La pupilla come finestra sul cervello potrebbe quindi aprire nuove possibilità per la medicina del sonno e le neuroscienze.
pubblicazione originale
Carro-Domínguez M, Huwiler S, Oberlin S, Oesch TL, Badii G, Lüthi A, Wenderoth N, Meissner SN, Lustenberger C: La dimensione della pupilla rivela le fluttuazioni del livello di eccitazione nel sonno umano, Nature Communications Volume 16, Numero articolo: 2070 (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57289-5
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